空气中的东西

印度理工学院孟买分校的学生使用Ansys Fluent来估计空气循环如何最大限度地减少病毒传播

快速培训未来的工程师，同时帮助他们成为富有成效的世界公民，似乎是一项雄心勃勃的事业。但是，当Murallidharan 2021年秋季计算流体动力学与传热课程的四年级学生开始分析2019冠状病毒病大流行期间校园设施通风的复杂问题时，这一经验导致了明显的实际应用。

配备Ansys的学生-免费下载，包括Ansys流利在他们的每台笔记本电脑上，班级成员发现了如何使用高级学习来解决实际(在这种情况下，也是普遍的)问题:估计在密闭空间内需要多久循环一次空气，以尽量减少感染的传播，以及如何向封闭环境引入更多的新鲜空气。

混合，匹配，啊哈!时刻

Murallidharan希望完成她的课程的学生能够理解他们最终工作的任何环境中的流体流动，无论是设计飞机机翼，电子设备的传热系统还是风力涡轮机。

这就是为什么她欣赏Fluent的灵活性，它被多个学科的专业工程师使用。

可以这么说，在毕业使用Fluent之前，她的学生们在印度理工学院孟买分校(IIT Bombay)的第一年用老式的方法计算流体现象:写方程和编写计算机程序。

掌握基础是必要的，并提供了坚实的基础，在流体动力学。然而，学习练习并不能提供年轻工程师在工作中所需要的那种洞察力。

穆里达兰说:“因为学生们必须自己完成所有这些步骤，所以他们应用这种基本能力的问题是非常初级的，因为他们可能会选择一个非常理想的房间，研究空气如何进入其中。”“他们花了大部分时间试图学习这些方程的核心。但最终，他们很难理解如何将数学转化为帮助行业。”

Murallidharan说，相比之下，Fluent可以让学生很容易地看到复杂的情况，而不必实际输入和编码每一个细节。

“工程师可以在Fluent中选择他们需要的方程，他们可以混合和匹配不同的模型，”她解释说。“Fluent将这些复杂的情况非常迅速地转化为视觉动画。对于学生来说，Fluent让他们将工程方面与设计联系起来，帮助他们快速评估流动问题的影响，并提出解决方案。”

这些强大的数字和功能能力似乎是专门为穆里达兰的课程打造的，它有两条并行的轨道。学生们花部分时间学习概念，然后使用Fluent解决基于基础计算流体动力学(CFD)理论的实际问题。Murallidharan说，有很多来回的学习，帮助学生更好地理解基础知识和应用，并使他们能够看到这些概念在现实世界中的作用。这也导致了许多“啊哈!”时刻。

计划安全返回

将现实世界的问题带入工程课堂往往很棘手，当一场大流行让学生无法亲自进入课堂，他们不得不完全依赖远程在线学习时，就更加棘手了。

然而，这些不利的环境却为这些年轻的工程专业学生提供了一个独特的机会。随着新冠肺炎的问题围绕着他们，这显然成为他们整个学期项目的重点。弄清楚实验室和其他共享学习空间的通风是否足够好，以防止病毒的传播，将有助于穆里达兰的学生:

• 了解基础CFD并没有从他们的生活中消失。她说，其中一个目标是展示这些“冰冷、干燥的方程式如何适用于我们这个非常混乱的世界”。
• 认识到CFD如何用于解决社会相关问题并改变人们的生活。穆里达兰说，学生和工程师往往与社会脱节。但是，学会为世界做贡献——即使是设计一个简单的水泵来帮助农民灌溉庄稼——可能比“找到一份高薪工作”更有价值。
• 能够为克服挑战提供具体、具体的建议。正如她所指出的，如果他们正在处理的问题太抽象或太大，以至于无法找到可行的解决方案(例如，结束污染)，那就会让人失去动力。

最终，学生们的工作可能会对技术学院本身产生巨大而有意义的影响。如果他们能找到改善通风的方法，或者至少确保现有的通风是安全的，那么每个人都有可能更快地返回校园。然而，仍然存在一些问题:如果没有学生访问需要分析的设施，这一切怎么可能完成?那么Fluent有什么帮助呢?

所有问题都是地方性的

他们说所有的问题都是地方性的;如果这是真的，那么解也是真的。至少在这个案子里是这样。

由于禁止参观校园，穆里达兰要求学生们开始关注自己家中的通风问题。她说，这很快就把这个问题带进了现实，因为每个人都想让自己和家人居住的房间尽可能安全。

扩大调查涉及到利用手中的王牌。尽管印度理工学院孟买分校基本上已经关闭，但该校允许少数博士生进入校园。他们在穆里达兰的课堂上担任导师，回答有关实验室和其他被分析空间的问题，并拍摄照片，至少提供一个虚拟的视线。

假设再循环空气中可能含有冠状病毒，学生们使用Fluent模拟了引入新鲜空气和排出旧空气的效果。Murallidharan表示，Fluent强大的网格划分和模拟功能“带来了很大的不同”，使学生能够有效地划分大房间，并轻松地结合各种流动效果，如吊扇、排气扇和空气湍流参数。

她说:“孩子们不可能自己为房间这样复杂的几何形状编码网格。”“Fluent的影响范围网格大小可以让他们轻松确定需要更复杂或最终网格的区域。他们可以看到为什么有些网格不起作用，迅速做出改变，然后看看这对结果有什么影响。这是一次巨大的学习经历。”

使用Fluent可视化房间内的空气流动也是必不可少的。

穆里达兰说:“Fluent的动画功能实际上向他们展示了流的行为方式，而不是让他们想象一些东西。“他们在房间里看到了可视化的流动，尝试了Fluent中可用的不同模拟选项，并使用附加的数值功能，例如求解用户定义的标量(UDS)，这对于预测房间不同部分的空气停留时间至关重要。最终，学生们意识到给死区通风以限制感染传播的重要性。”

优雅的解决方案

最后，学生们推荐了一个优雅、经济、简单、通用的解决方案:在空间中增加排气扇，并让任何窗户打开一点，以增加流动循环和速度。从开始到结束，这项工作只花了四个月的时间。没有从零开始编写代码，每周只需在他们的电脑上点击几个小时。穆里达兰说，短暂的时间安排让这段经历变得特别有力量。使用Ansys Fluent加速了学生的能力，并且由于他们对空中事物的研究，他们将能够以专业人士的身份进入地面运行。

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